(57)【要約】【課題】窒素含量を容易に高めることのできる鋼の製造方法を提供する。【解決手段】第１の溶鋼及び含マンガン溶湯を用意する過程と、貯留所内に窒素ガスを供給して、貯留所内に収容された溶湯に窒素を吹き込むことにより、溶湯中の窒素含量（ｗｔ％）を所要の窒素含量（ｗｔ％）に調節する過程と、窒素の吹き込まれた溶湯と第１の溶鋼とを合湯して、マンガン及び窒素を含有する溶鋼である第２の溶鋼を製造する過程と、を含むことを特徴とする。  これにより、高温の熱によるマンガンの酸化を極力抑制又は防止することができ、また、製造された溶融物状態の溶湯に必要に応じて少量の含マンガン非鉄又はＦｅＭｎ合金鉄を投入することから、固体原料の投入に伴う温度の落ち込みの問題を抑制又は防止することができる。【選択図】図１
2019526712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶鋼及び含マンガン溶湯を用意する過程と、
貯留所内に窒素ガスを供給して、前記貯留所内に収容された溶湯に窒素を吹き込むことにより、前記溶湯中の窒素含量（ｗｔ％）を所要の窒素含量（ｗｔ％）に調節する過程と、
窒素の吹き込まれた前記溶湯と前記第１の溶鋼とを合湯して、マンガン及び窒素を含有する溶鋼である第２の溶鋼を製造する過程と、を含むことを特徴とする鋼の製造方法。
【請求項２】
前記溶湯中の窒素含量（ｗｔ％）を所要の窒素含量（ｗｔ％）に調節する過程は、
前記第２の溶鋼の目標製造量である前記第２の溶鋼の量（Ｔ）と、合湯すべき前記第２の溶鋼の目標窒素含量（ｗｔ％）とを用いて、前記第２の溶鋼に要求される窒素の所要量（Ｔ）を算出する過程と、
前記第２の溶鋼中に要求される窒素の所要量（Ｔ）と、前記溶湯の合湯量（Ｔ）とを用いて、前記第２の溶鋼を製造するために前記溶湯に要求される所要の窒素含量（ｗｔ％）を算出する過程と、
算出された前記所要の窒素含量（ｗｔ％）を満たすための、溶湯の温度、溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一つを導き出す過程と、
前記貯留所内の溶湯に窒素を吹き込みつつ、導き出された溶湯の温度を満たすように前記溶湯の調節し、前記導き出された溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）を満たすように、前記溶湯のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及びアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を調節する過程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼の製造方法。
【請求項３】
前記第２の溶鋼に要求される窒素の所要量（Ｔ）を算出するに当たって、式１を用い、
【数１】
2019526712.tif 000011
前記溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）を算出するに当たって、式２を用いることを特徴とする請求項２に記載の鋼の製造方法。
【数２】
2019526712.tif 000012
【請求項４】
前記第１の溶鋼の合湯量（Ｔ）と、前記第２の溶鋼の目標マンガン含量（ｗｔ％）及び前記溶湯中のマンガン含量（ｗｔ％）を用いて、前記溶湯の合湯量（Ｔ）を算出する過程を含むことを特徴とする請求項３に記載の鋼の製造方法。
【請求項５】
前記溶湯の合湯量（Ｔ）を算出するに当たって、式３を用いることを特徴とする請求項４に記載の鋼の製造方法。
【数３】
2019526712.tif 000013
【請求項６】
前記溶湯の温度及び前記溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）、前記溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び前記溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一つを導き出すに当たって、式４を用いることを特徴とする請求項４に記載の鋼の製造方法。
【数４】
2019526712.tif 000014
【請求項７】
導き出された前記含マンガン溶湯の温度及び炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）を満たすように前記溶湯の温度及び炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）を調節し、導き出された前記クロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及びアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を満たすように前記溶湯のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及びアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）を調節するに当たって、
前記含マンガン溶湯の温度は、前記貯留所内に窒素を吹き込みつつ、前記貯留所内において溶湯を昇温させたり保温したりして導き出された前記含マンガン溶湯の温度に調節し、
前記溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）を満たすための、前記溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）が導き出されると、前記含マンガンの溶湯を用意する過程において前記溶湯が導き出された炭素含量（ｗｔ％）を満たすように調節し、
前記溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び前記溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のそれぞれの含量（ｗｔ％）は、前記貯留所に含クロム（Ｃｒ）原料及び含アルミニウム（Ａｌ）原料を投入して調節することを特徴とする請求項６に記載の鋼の製造方法。
【請求項８】
算出された前記溶湯に要求される窒素含量が１ｗｔ％未満である場合、前記溶湯の温度及び前記溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を調節し、
算出された前記溶湯に要求される窒素含量が１ｗｔ％以上である場合、前記溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び前記溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を調節することを特徴とする請求項７に記載の鋼の製造方法。
【請求項９】
窒素の吹き込まれた前記溶湯と前記第１の溶鋼とを合湯するに当たって、
前記貯留所において要求される窒素含量（ｗｔ％）に調節された溶湯を、式３により算出された前記溶湯の合湯量（Ｔ）として用意して、前記第１の溶鋼と合湯することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の鋼の製造方法。
【請求項１０】
前記溶湯と前記第１の溶鋼とを合湯して製造した第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）を測定する過程と、
測定された第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）を目標窒素含量（ｗｔ％）と比較する過程と、
前記測定された第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）が目標窒素含量（ｗｔ％）を満たしている場合、前記第２の溶鋼を用いて鋳造を開始する過程と、
前記測定された第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）が前記目標窒素含量（ｗｔ％）を満たしていない場合、更に窒素含量（ｗｔ％）を調節する過程と、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の鋼の製造方法。
【請求項１１】
前記更に窒素含量（ｗｔ％）を調節する過程は、
測定された前記第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）が目標窒素含量（ｗｔ％）に比べて低い場合、含窒素合金を投入する過程と、
測定された前記第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）が目標窒素含量（ｗｔ％）に比べて高い場合、前記第２の溶鋼に対して脱ガスを実施することを特徴とする請求項９に記載の鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の製造方法に係り、より詳しくは、窒素を添加し易い鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンガンを５〜２５ｗｔ％と高く含有している高マンガン鋼は、極低温靱性が高く、強度が高いながらも、同時に加工性に優れていることから、自動車用の高強度・高成形性の鋼材の材料として広く用いられている。
しかしながら、高マンガン鋼は、降伏強度がわずか約３００ＭＰａに過ぎず、引張り強度もまた１ＧＰａを超えないという欠点があるため、伸び率を保ちながら、更に高い強度を有する高マンガン鋼を提供する必要がある。このために、窒素含量を高めた高マンガン鋼の製造が試みられている。
強度及び伸び率を向上させるために行われる窒素含量を高める方法の一つとして、特許文献２の発明のように、アーク電気炉に固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄（鉄スクラップ）を投入して溶融させながら加窒する方法が挙げられる。この場合、アーク電気炉に装入された多量の固体原料（固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄）を溶融させるため、電気炉において高熱に加熱しなければならず、アークによる高熱によりマンガンが酸化されてしまうという不具合がある。
【０００３】
他の方法としては、特許文献１の発明のように、真空溶解炉において固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄を溶融させた後、溶解炉の内部を１．５〜２．５ｂａｒまで加圧して加窒を行う方法が挙げられる。しかし、この方法の場合にも、多量の固体原料を溶融させるため、高熱によるマンガンの酸化という不具合が生じ、溶解炉の内部を加圧するまでの時間が必要である。このため、操業時間が長引いてしまうという不具合がある。
更に、上記したアーク電気炉及び真空溶解炉の場合、固体合金鉄の投入に伴う溶鋼の温度の確保が困難であるという不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】大韓民国登録特許第１０−１４５０１７７号公告
【特許文献２】大韓民国登録特許第１０−１１９３７１８号公告
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、窒素含量を容易に高めることのできる鋼の製造方法を提供することを目的にする。。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鋼の製造方法は、第１の溶鋼及び含マンガン溶湯を用意する過程と、貯留所内に窒素ガスを供給して、貯留所内に収容された溶湯に窒素を吹き込むことにより、溶湯中の窒素含量（ｗｔ％）を所要の窒素含量（ｗｔ％）に調節する過程と、窒素の吹き込まれた溶湯と第１の溶鋼とを合湯して、マンガン及び窒素を含有する溶鋼である第２の溶鋼を製造する過程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
溶湯中の窒素含量（ｗｔ％）を所要の窒素含量（ｗｔ％）に調節する過程は、第２の溶鋼の目標製造量である第２の溶鋼の量（Ｔ）と、合湯すべき第２の溶鋼の目標窒素含量（ｗｔ％）とを用いて、第２の溶鋼に要求される窒素の所要量（Ｔ）を算出する過程と、第２の溶鋼中に要求される窒素の所要量（Ｔ）と、溶湯の合湯量（Ｔ）とを用いて、第２の溶鋼を製造するために溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）を算出する過程と、算出された所要の窒素含量（ｗｔ％）を満たすための、溶湯の温度、溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一つを導き出す過程と、貯留所内の溶湯に窒素を吹き込みつつ、導き出された溶湯の温度を満たすように溶湯の調節し、導き出された溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）を満たすように、溶湯のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及びアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を調節する過程と、を含むことが好ましい。
第２の溶鋼に要求される窒素の所要量（Ｔ）を算出するに当たって、式１を用い、また、溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）を算出するに当たって、式２を用いることができる。
【数１】
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【数２】
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【０００８】
第１の溶鋼の合湯量（Ｔ）と、第２の溶鋼の目標マンガン含量（ｗｔ％）及び溶湯中のマンガン含量（ｗｔ％）を用いて、溶湯の合湯量（Ｔ）を算出する過程を含むことがよい。
溶湯の合湯量（Ｔ）を算出するに当たって、式３を用いることができる。
【数３】
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【０００９】
溶湯の温度及び溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一つを導き出すに当たって、式４を用いることができる。
【数４】
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【００１０】
導き出された含マンガン溶湯の温度及び炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）を満たすように溶湯の温度及び炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）を調節し、導き出されたクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及びアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を満たすように溶湯のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及びアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）を調節するに当たって、含マンガン溶湯の温度は、貯留所内に窒素を吹き込みつつ、貯留所内において溶湯を昇温させたり保温したりして導き出された含マンガン溶湯の温度に調節し、溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）を満たすための、溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）が導き出されると、含マンガンの溶湯を用意する過程において溶湯が導き出された炭素含量（ｗｔ％）を満たすように調節し、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のそれぞれの含量（ｗｔ％）は、貯留所に含クロム（Ｃｒ）原料及び含アルミニウム（Ａｌ）原料を投入して調節することが好ましい。
【００１１】
算出された溶湯に要求される窒素含量が１ｗｔ％未満である場合、溶湯の温度及び溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を調節し、算出された溶湯に要求される窒素含量が１ｗｔ％以上である場合、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及び溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を調節することができる。
窒素の吹き込まれた溶湯と第１の溶鋼とを合湯するに当たって、貯留所において要求される窒素含量（ｗｔ％）に調節された溶湯を、式３により算出された溶湯の合湯量（Ｔ）として用意して、第１の溶鋼と合湯することがよい。
【００１２】
溶湯と第１の溶鋼とを合湯して製造した第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）を測定する過程と、測定された第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）を目標窒素含量（ｗｔ％）と比較する過程と、測定された第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）が目標窒素含量（ｗｔ％）を満たしている場合、第２の溶鋼を用いて鋳造を開始する過程と、測定された第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）が目標窒素含量（ｗｔ％）を満たしていない場合、更に窒素含量（ｗｔ％）を調節する過程と、を含むことが好ましい。
更に窒素含量（ｗｔ％）を調節する過程は、測定された第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）が目標窒素含量（ｗｔ％）に比べて低い場合、含窒素合金を投入する過程と、測定された第２の溶鋼の窒素含量（ｗｔ％）が目標窒素含量（ｗｔ％）に比べて高い場合、第２の溶鋼に対して脱ガスを実施することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、溶湯と溶鋼とを合湯する前に、溶湯に窒素を吹き込んで、窒素含量を調節した後、これを溶鋼と合湯することにより、製造しようとする高窒素・高マンガンの鋼の窒素含量に見合うように調節する。
従って、実施例においては、従来のように、多量の固体原料を溶融させながら窒素を吹き込まないことから、高温の熱によるマンガンの酸化を極力抑制又は防止することができる。また、実施例においては、従来のように、多量の固体原料を投入することなく、製造された溶融物状態の溶湯に必要に応じて少量の含マンガン非鉄又はＦｅＭｎ合金鉄を投入することから、固体原料の投入に伴う温度の落ち込みの問題を極力抑制又は防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る高窒素・高マンガンの鋼の製造方法を示す手順図。
【図２】本発明の実施例に係る方法を用いて溶湯を製造する過程を示す手順図。
【図３】目標マンガン含量及び目標窒素含量を有する高窒素・高マンガンの鋼を製造するために、溶鋼と合湯される溶湯中に要求される窒素含量を例示するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付した図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、これらの実施形態は、単に本発明の開示を完全なものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は、同じ要素を指し示す。
図１は、本発明の実施例に係る高窒素・高マンガンの鋼の製造方法を示す手順図である。図２は、本発明の実施例に係る方法を用いて溶湯を製造する過程を示す手順図である。図３は、目標マンガン含量及び目標窒素含量を有する鋼の製造のために、溶鋼と合湯される溶湯中に要求される窒素含量を例示するグラフである。
【００１６】
本発明は、鋼の製造方法に係り、より詳しくは、強度及び伸び率の向上のために、マンガン及び窒素が他の鋼に比べて高い濃度、例えば、マンガン（Ｍｎ）が５〜２５ｗｔ％、窒素（Ｎ）が０．０２〜０．３ｗｔ％で含有された鋼の製造方法に関する。また、溶融物状態の溶湯に窒素を吹き込んで窒素含量を調節することにより、従来の高熱によるマンガンの酸化又は温度の減少などの品質の落ち込みの問題の発生を極力抑制又は防止して、窒素含量を調整し易い高窒素・高マンガンの溶鋼の製造方法を提供する。
実施例において、高窒素・高マンガンの鋼の全体を１００ｗｔ％としたとき、マンガン（Ｍｎ）が５〜２５ｗｔ％であり、窒素（Ｎ）が０．０２〜０．３ｗｔ％であり、炭素（Ｃ）が０．０４〜１．５ｗｔ％であり、且つ、残部である鉄（Ｆｅ）とその他の不純物を含む高窒素・高マンガンの鋼を製造する。
【００１７】
以下、図１乃至図３に基づいて、本発明の実施例に係る鋼の製造方法を説明する。
図１に示したとおり、鋼の製造方法は、大きく、溶鋼を用意する過程（Ｓ１００）と、マンガン及び窒素含量が調整された溶湯を用意する過程（Ｓ２００）と、溶湯と溶鋼とを合湯して、高窒素・高マンガンの溶鋼を製造する過程（Ｓ３００）と、製造された高窒素・高マンガンの溶鋼をサンプリングして窒素含量を測定して、目標窒素含量と比較する過程（Ｓ４００）と、測定された高窒素・高マンガンの溶鋼の窒素含量が目標窒素含量と符合するか、あるいは、目標窒素含量を満たしている場合、鋳造を行う過程（Ｓ６００）と、測定された高窒素・高マンガンの溶鋼の窒素含量が目標窒素含量と符合しないか、或いは、目標窒素含量を満たしていない場合、窒素含量を調整するための精錬を行う過程（Ｓ５００）と、を含む。ここで、鋳造過程は、連続鋳造方法又はインゴット鋳造方法のうちのどちらか一方の方法であってもよい。
【００１８】
溶鋼を用意する過程（Ｓ１００）は、高炉において生産された溶鋼を転炉に装入して精錬する過程（Ｓ１１０）と、転炉から溶鋼を出鋼する過程（Ｓ１２０）と、を含む。ここで、転炉において溶鋼を精錬する過程（Ｓ１１０）は、溶鋼中の、炭素（Ｃ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）のうちの少なくとも一つの成分を調整する過程であって、転炉に酸素を吹き込んで溶鋼を吹錬したり、或いは、脱リン剤、脱黄剤などの副原料などを投入して行うことだできる。
溶湯を用意する過程（Ｓ２００）は、含マンガン溶湯を用意する過程（Ｓ２１０）と、含マンガン溶湯に窒素を吹き込んで、窒素及びマンガンが含有された溶湯を用意する過程（Ｓ２２０）と、を含む。実施例においては、溶融物状態である溶湯が貯留された貯留所に窒素を供給して、溶湯に窒素を吹き込む例を示した。
【００１９】
以下では、説明をしやすくするために、窒素を吹き込む前の含マンガン溶湯を第１の溶湯と称し、含マンガン溶湯又は第１の溶湯を区別せずに使用する。なお、窒素を吹き込んで窒素含量が調整された含マンガン溶湯を第２の溶湯とも称する。
また、窒素の吹き込まれた含マンガン溶湯、即ち、第２の溶湯と混合される溶鋼を第１の溶鋼と称し、且つ、第１の溶鋼と第２の溶湯とが合湯された状態の溶鋼も第２の溶鋼と称する。
【００２０】
含マンガン溶湯、即ち、第１の溶湯を用意する（Ｓ２１０）に当たって、図２に示したとおり、ＦｅＭｎ合金鉄及びマンガンが９９％以上含有された含マンガン非鉄のうちの少なくとも一方を溶融させて（Ｓ２１１、Ｓ２１２）用意する。即ち、ＦｅＭｎ合金鉄又は含マンガン非鉄を用いて製造してもよく、ＦｅＭｎ合金鉄と含マンガン非鉄を混合して製造してもよい。
このとき、ＦｅＭｎ合金鉄は、マンガン鉱石、還元剤及び副原料を電気炉又は高炉において還元させて製造したＦｅＭｎ合金鉄であるが、これを別途の精錬炉において炭素を除去するなどの精錬を行ってもよく（Ｓ２１３）、行わなくてもよい。このため、溶融されたＦｅＭｎ合金鉄に対して別途の精錬過程が行われない場合、炭素含量が多い溶融ＦｅＭｎ、即ち、高炭のＦｅＭｎ合金鉄が貯留所に投入され、溶融されたＦｅＭｎ合金鉄に対して精錬過程を行う場合、中炭又は低炭のＦｅＭｎ合金鉄が貯留所に投入される。
【００２１】
含マンガン非鉄を溶融させる設備は、アーク（ａｒｃ）熱を使用する電気炉であってもよく、誘導加熱手段を有する溶解炉であってもよい。
そして、第１の溶湯がＦｅＭｎ合金鉄なしに含マンガン非鉄単独からなる場合、貯留所の外部において含マンガン非鉄を溶融させた後、貯留所に投入する。別の例によれば、第１の溶湯がＦｅＭｎ合金鉄と含マンガン非鉄からなる場合、溶融されたＦｅＭｎ合金鉄と溶融された含マンガン非鉄を貯留所に投入するか、或いは、溶融されたＦｅＭｎ合金鉄を貯留所に投入した後、固体状態の含マンガン非鉄を投入するなどして、含マンガン非鉄を貯留所において溶融させて第１の溶湯を製造してもよい。
【００２２】
本発明においては、溶融物状態である含マンガン溶湯（第１の溶湯）に対して窒素を吹き込んで溶湯中の窒素含量を高める。このとき、含マンガン溶湯（第１の溶湯）が内部空間を有する貯留所内に収容又は貯留された状態で、貯留所に窒素を供給して溶湯に窒素を吹き込んで窒素含量を調節する。そして、既に窒素含量の調節が終わった溶湯、即ち、第２の溶湯を溶鋼と合湯する。換言すれば、溶鋼を合湯する前に窒素含量が調節された溶湯を用意し、これを溶鋼と合湯する。
即ち、従来のように、固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄をアーク電気炉に装入してアーク熱を用いて溶融させながら窒素を吹き込んで高窒素・高マンガンの溶鋼を製造したり、固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄を真空溶解炉内に装入し、真空溶解炉を加圧しながら窒素を吹き込んで高窒素・高マンガンの溶鋼を製造したりすることなく、実施例においては、溶融物状態である第１の溶湯に窒素を吹き込んで第２の溶湯を用意し、これを溶鋼と合湯する。
【００２３】
このため、実施例によれば、従来のように、多量の固体原料（固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄）を溶融させる操業段階において窒素が投入されないことから、高温の熱によるマンガンの酸化を極力抑制又は防止することができる。なお、実施例においては、従来のように、多量の固体原料（固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄）を投入することなく、製造された溶融物状態の溶湯に必要に応じて少量の含マンガン非鉄又はＦｅＭｎ合金鉄を投入することから、固体原料の投入に伴う温度の落ち込みの問題を極力抑制又は防止することができる。
【００２４】
実施例に係る貯留所は、溶湯を加熱したり保温したりする機能を有し、ガスの吹き込みが行えるように設計された手段を伴う。例えば、貯留所は、溶湯が収容可能な内部空間を有し、上側が開放された容器と、容器の上側の開口を閉鎖するカバーと、容器を加熱する加熱部と、を備える。そして、カバーを貫通して容器の内部に一部が挿入されるランスが設けられてもよく、加熱部の下部にノズルが設けられてもよい。ここで、ランス及びノズルのうちの少なくともどちらか一方を介して窒素が吹き込まれる。
そして、加熱部は、誘導加熱手段であり、容器の周りに配設された誘導コイルと、誘導コイルに電源を供給する電源供給部と、を備える。このような貯留所は、製鋼技術分野において通常的に用いられる溶解炉又は保温炉のうちのどちらか一方であってもよい。
【００２５】
以下では、目標マンガン含量及び目標窒素含量を有する高窒素・高マンガンの鋼を製造するために、溶湯の製造方法と溶湯の合湯量について詳しく説明する。
先ず、目標窒素含量を有する高窒素・高マンガンの鋼を製造するためには、第１の溶鋼に溶湯を合湯した溶鋼の量、即ち、第２の溶鋼量（Ｔ）と、製造しようとする高窒素・高マンガンの溶鋼、即ち、第２の溶鋼の目標窒素含量とを用いて、第２の溶鋼中の窒素の所要量（Ｔ）を算出する。これを数式で表わせば、下記の式１の通りである。ここで、第２の溶鋼の量は、製造しようとする第２の溶鋼の目標量であってもよい。
【００２６】
【数１】
2019526712.tif 000007
そして、式１により算出された第２の溶鋼の窒素の所要量（Ｔ）と、第１の溶鋼と合湯すべき溶湯の合湯量（Ｔ）とを用いて、溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）を算出するが、式２を用いて算出してもよい。
【数２】
2019526712.tif 000008
【００２７】
ここで、溶湯の合湯量（Ｔ）は、製造しようとする第２の溶鋼の量、第２の溶鋼の目標マンガン含量（ｗｔ％）、製造された溶湯のマンガン含量（ｗｔ％）に応じて決定又は算出される。また、溶湯の合湯量（Ｔ）は、製造された溶湯中のマンガン含量が足りない場合、溶鋼に更に投入される含マンガン合金鉄の投入量（Ｔ）に応じて異なる。ここで、含マンガン合金鉄の投入量（Ｔ）は、５〜１０Ｔに制限されることが好ましい。上記の可変値を活用して溶湯の合湯量を算出する方法を数式で表わせば、式３の通りである。
【数３】
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【００２８】
そして、式３により算出された溶湯の合湯量と、式１により算出された第２の溶鋼の窒素の所要量を式２に当てはめると、溶湯中に要求される窒素含量が算出される。
ここで、溶湯中に要求される窒素含量（ｗｔ％）は、第１の溶鋼と合湯されて第２の溶鋼が製造されたとき、目標窒素含量（ｗｔ％）となるようにする条件である。実施例においては、貯留所内の溶湯に窒素を吹き込みつつ、溶湯中の実際の窒素含量（ｗｔ％）が式２により算出された溶湯中に要求される窒素含量（ｗｔ％）となるようにする。
【００２９】
ところが、たとえ溶湯に窒素を吹き込むとしても、溶湯が有する窒素飽和溶解度以上に窒素が吹き込まれると、溶湯中に窒素が溶け込まない。このため、目標とする高濃度の窒素含量を持たせるためには、溶湯の窒素溶解度を高める必要がある。溶湯中の窒素含量は、溶湯内の窒素の溶解度に応じて異なり、溶湯の窒素溶解度は、溶湯中の炭素含量が増加するにつれて低くなる。そして、溶湯中の炭素含量が増加し過ぎると、製造しようとする溶鋼中の窒素含量の増加が制限されてしまう。従って、含マンガン溶湯中の炭素は１．５ｗｔ％以下にし、炭素含量を、含マンガン溶湯の製造の際に精錬過程を用いて制御することができる。
【００３０】
また、製造しようとする第２の溶鋼中の窒素及びマンガンのそれぞれを目標含量に制御するための、溶湯に要求される窒素含量が１ｗｔ％未満である場合（即ち、式２により算出された値が１ｗｔ％未満である場合）、炭素含量を調節することにより、溶湯中の窒素含量を１ｗｔ％未満まで制御することが可能である。しかしながら、溶湯に要求される窒素含量が１ｗｔ％以上である場合（即ち、式２により算出された値が１ｗｔ％以上である場合）には、炭素含量の調節だけでは溶湯中の窒素含量が１ｗｔ％を超えるように制御することが困難である。従って、この場合には、炭素に加えて、他の材料、即ち、クロム（Ｃｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）のうちの少なくともどちらか一方を投入して、溶湯中のクロム（Ｃｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）のうちの少なくともどちらか一方の含量を調整して、溶湯内の窒素溶解度を高めることにより、溶湯中の窒素含量が１ｗｔ％を超えるようにすることができる。
【００３１】
ところが、アルミニウム（Ａｌ）は、１ｗｔ％を超える場合、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）として晶出されてむしろ窒素溶解度を低下させ、鋳造の最中に、アルミニウム（Ａｌ）による品質低下の問題が生じる恐れがある。従って、実施例においては、１ｗｔ％以下でアルミニウム（Ａｌ）を投入する。
更に、溶湯内の窒素溶解度は、溶湯の温度によっても異なる。即ち、同じ組成の溶湯の場合、温度が高ければ窒素溶解度が低い傾向にある。従って、高窒素・高マンガンの溶鋼を製造するに当たって、溶湯の温度を適切に制御する必要がある。
【００３２】
上記のとおり、溶湯中の窒素溶解度は、溶湯中の炭素（Ｃ）含量、クロム（Ｃｒ）含量、アルミニウム（Ａｌ）含量及び温度に応じて異なり、溶湯中の窒素溶解度に応じて溶湯中の窒素含量が異なる。これを数式で表わせば、次の通りである。
【数４】
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【００３３】
式４の「溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）」は、式２により算出された「溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）」と同じ値である。即ち、式２により「溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）」が算出されれば、これを式４の「溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）」に当てはめる。そして、式４の「溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）」を満たすための溶湯の温度（℃）、溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）、溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）を導き出す。
ここで、溶湯の温度（℃）、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）、溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）は、貯留所内の溶湯に窒素を吹き込むときに調節する。しかしながら、溶湯中の炭素（Ｃ）含量（ｗｔ％）は、含マンガン溶湯の製造の際に調節する。即ち、式４により、「溶湯に要求される窒素含量（ｗｔ％）」を満たすための溶湯中の炭素含量（ｗｔ％）が導き出されると、含マンガン溶湯の製造の際に精錬操業により導き出された「溶湯に要求される炭素含量（ｗｔ％）」となるように製造する。そして、溶湯に窒素を吹き込むときには、溶湯の温度（℃）、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）、溶湯中のアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一つを調節する。
【００３４】
溶湯の温度（℃）は、貯留所の加熱部を調節することで、導き出された溶湯の温度に調節することが可能である。そして、式２により算出された溶湯中に要求される窒素含量（ｗｔ％）が１ｗｔ％を超える場合、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及びアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を導き出された含量に調節する。このために、ＦｅＣｒ及びアルミニウム（Ａｌ）を含む合金原料を溶湯に投入して、算出された溶湯中の窒素含有量を満たすように調節する。
しかしながら、溶湯に要求される窒素含量が１ｗｔ％を超える場合ではなくても、溶湯中のクロム（Ｃｒ）含量（ｗｔ％）及びアルミニウム（Ａｌ）含量（ｗｔ％）のうちの少なくとも一方を導き出された含量に調節しても構わない。この場合、溶湯の窒素を合わせるために溶湯の温度を融点近くに低くしたり、炭素含量を大幅に低くしたりする場合よりも容易に溶湯中の窒素含量を制御することができる。
【００３５】
上記の方法により、貯留所内に目標含量のマンガン及び窒素を有する溶湯が用意されれば、これを第１の溶鋼と合湯（Ｓ３００）して、高窒素・高マンガンの溶鋼、即ち、第２の溶鋼を製造する。このとき、第１の溶鋼と合湯される溶湯の合湯量は、上述した式３により算出された溶湯の合湯量となるようにする。
そして、製造された第２の溶鋼中の窒素含量を測定して、測定された窒素含量が目標窒素含量を満たしているか否かを判断する（Ｓ４００）。このとき、測定された窒素含量が目標窒素含量を満たしている場合、鋳造を行う（Ｓ６００）。
【００３６】
しかしながら、第２の溶鋼中の窒素含量が目標含量を満たしていない場合、窒素含量を調節する精錬を行う（Ｓ５００）。即ち、第２の溶鋼中の窒素含量が目標含量に比べて低い場合、含窒素合金、例えば、窒化マンガンを投入して目標窒素含量に調節する。逆に、第２の溶鋼中の窒素含量が目標含量に比べて高い場合、真空脱ガス設備（ＲＨ；Ｒｅｉｎｓｔａｈｌ  Ｈｕｔｅｎ  Ｗｅｒｋｅ  Ｈｅｒａｕｓ）又は真空タンク脱ガス設備（ＶＴＤ；Ｖａｃｕｕｍ  Ｔａｎｋ  Ｄｅｇａｓｓｅｒ）を用いて脱ガスを行って、窒素含量が低くなるように制御する。
このような精錬の後に再び測定された精錬の含量が目標窒素含量を満たしているか否かを判断して、鋳造を行うか、或いは、再び精錬を行う。
【００３７】
このように、本発明の実施形態によれば、従来のように、多量の固体原料（固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄）を溶融させる操業段階において窒素が投入されないことから、高温の熱によるマンガンの酸化を極力抑制又は防止することができる。なお、実施例においては、従来のように、多量の固体原料（固体状態のＦｅＭｎ合金鉄、含マンガン非鉄、屑鉄）を投入することなく、製造された溶融物状態の溶湯に必要に応じて少量の含マンガン非鉄又はＦｅＭｎ合金鉄を投入することから、固体原料の投入に伴う温度の落ち込みの問題を極力抑制又は防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る鋼の製造方法によれば、高温の熱によるマンガンの酸化を極力抑制又は防止することができる。また、実施例においては、従来のように、多量の固体原料を投入することなく、製造された溶融物状態の溶湯に必要に応じて少量の含マンガン非鉄又はＦｅＭｎ合金鉄を投入することから、固体原料の投入に伴う温度の落ち込みの問題を極力抑制又は防止することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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